2011—2021年黄河中游城市群高质量发展与水资源保护利用耦合关系

[目的]探讨黄河中游城市群高质量发展与水资源保护利用的时空协调关系,为该区域水资源的可持续利用与水生态有效保护提供决策支持和科学依据。[方法]基于黄河中游19个城市2011—2021年高质量发展与水资源保护利用两系统的面板数据,运用组合赋权、耦合协调度模型、地理探测器模型等方法,分析该区域高质量发展与水资源保护利用的耦合协调度及其时空特征。[结果]黄河中游城市群的高质量发展和水资源保护利用水平不断提高,区域间差距逐渐缩小。两个系统的耦合协调度呈现上升趋势,一些地区已从濒临失调转变为初级协调阶段。此外,区域间的耦合协调度呈现正的空间自相关,由西安和郑州市两个中心城市向外呈放射状递减。对外贸易依存度、第三产业产值所占比例对两系统协调度影响较大,且交互因子之间呈非线性加强或双加强关系。[结论]为提升黄河中游城市群高质量发展与水资源保护利用的空间依赖度,应加强区域间合作,优化水资源利用结构,提高水资源管理能力,增加科技投入,提高区域创新能力,积极推动区域协同发展。     

黄河中游地区暴雨产流产沙模型研究

根据黄河中游暴雨产流产沙特点，分析了产流机制和产沙的动力条件；通过径流水源划分，建立了两水源暴雨产流模型；综合考虑降雨，土壤含水量，地面径流的影响，在将地面径流概化为宽浅式明渠流的基础上，建立了暴雨产沙模型，并应用黄河中游孤山川，窟野河和黄甫川流域的资料对所建模型进行了验证检验。     

基于不同模型的黄河中游降雨侵蚀力时空变化分析

[目的] 基于不同模型探究黄河中游地区降雨侵蚀力的时空演变特征,为该地区水土流失危害评估、水土保持措施规划提供参考依据。[方法] 采用黄河中游1981—2020年日降雨量数据集,基于两种降雨侵蚀力模型探究了降雨和降雨侵蚀性的时空变化特征。 [结果] 黄河中游年均降雨量为349.90～699.90 mm,空间上自东南向西北呈波浪形递减趋势,时间上呈多峰状不显著的波动上升趋势特征,存在2 a主周期变化特征。黄河中游两种模型的降雨侵蚀力年际变化趋势特征和周期性相似,但降雨量越大的地区,两模型估算的降雨侵蚀力结果相差越大。谢云模型估算的降雨侵蚀力结果与降雨量相对更拟合。黄河中游年均降雨侵蚀力为767.00～3 003.40 MJ·mm/(hm²·h),具有高度月度集中性,集中于7—8月,呈单峰型。 [结论] 黄河中游年均降雨侵蚀力具有显著的垂直空间差异,且在地形和地貌影响下空间差异会发生变化,高海拔地区的变化系数通常高于低海拔地区。在东南部秦岭山区和关中平原等地区,随海拔升高,降雨侵蚀力迅速减少,在西北部黄土高原区,随海拔升高而逐渐增加。因此在黄河中游降雨侵蚀性增加的地区,应采取适当措施,减少土壤侵蚀的潜在风险,确保区域生态安全的可持续发展。     

黄河中游地区土壤侵蚀的整体分析

从区域系统整体特征方面，分析了黄河中游地区黄土高原的土壤侵蚀特征。利用实际资料和聚类分析发现本区自北而南分异为侵蚀性质各不相同的三个地带。从全区角度看，侵蚀作用因子中自然因子与人文因子之比约为２．８。在ＣＯ２倍增，全球增温的背景下，本区土壤侵蚀可能减少１８％。     

黄河中游地区地表径流的调配利用

<正> 一、干旱缺水是黄河中游各业生产发展的限制因素 黄河中游地区位于大陆腹地,属于干旱、半干旱区域,水分条件很差。总的特点是气候干旱,降雨偏少,水源贫乏,水分损耗大,且利用程度不高。由此造成粮食产量低而不稳,商品经济更难于发展,许多地方不仅缺粮、缺钱,而且“三料”俱缺,甚至连人畜饮水都十分困难。     

黄河中游地区生态恢复对流域水资源的影响

[目的] 研究黄河中游地区生态恢复对水资源的影响,为流域生态保护和高质量发展提供科学依据。[方法] 利用GIMMS NDVI、ET、土壤水分、地表径流等相关水文数据,基于趋势分析和双累积曲线等方法,探讨生态恢复前后黄河中游地区蒸散发、土壤水分、地表径流的时空变化特征。[结果] 1982-2018年,黄河中游地区植被覆盖度增加了29.72%;在黄河中游地区植被覆盖度增加1%,蒸散发量增加了3~4 mm;在生态恢复区土壤水分呈下降趋势,下降速率为0.001 3%/a;各站点的平均径流量在1961-2018年呈逐年下降趋势,以生态恢复为代表的人类活动对径流量下降起到重要作用。[结论] 由于生态恢复和暖干化的气候背景,黄河中游水资源严重短缺。建议后续黄河中游生态恢复综合考虑水资源,减少人为干扰,以自然植被恢复为主。     

黄河上中游地区水资源利用现状分析

黄河流域水资源可利用总量690亿m^3,其中地表水580亿m^3,地下水110亿m^3。在分析了黄河上中游七省（区）水资源利用状况基础上,针对目前存在的问题,提出了提高节水意识、流域与区域管理相结合、高度重视水污染防治等对策建议。     

基于LMDI模型的黄淮海地区县域粮食生产影响因素分解

实现粮食的持续稳定增长是保障区域粮食安全的关键。分解各因素对粮食生产的作用及影响强度,识别其主导因素,对提升粮食产量具有积极意义。该文运用对数平均迪氏分解方法（logarithmic mean weigh division index method,LMDI）建立因素分解模型,定量评价并对比分析1980-2010年间黄淮海地区县域粮食生产变动的区域因素。结果表明,1）1980-2010年间,黄淮海地区粮食产量增加了1.01亿t,县域粮食产量“南高北低”的空间分异格局明显,苏北、皖北、豫东和鲁西地区的粮食增产显著;2）4个因素中,粮食单产对粮食产量变化起到显著的正向促进作用,复种指数次之,而粮作比例和耕地面积在较大程度上抑制了黄淮海地区粮食产量的增加;3）县域粮食生产因素分解结果表明,县域之间在耕地面积、复种指数、粮作比例和粮食单产效应方面存在明显差异。总体而言,粮食单产效应叠加上复种指数效应使苏北、皖北和豫东多数县域粮食总产量显著增加;而粮作比例效应、复种指数效应和粮食单产效应的叠加使鲁西县域的粮食总产量增加明显。     

黄河中游不同类型区小流域治理差异性分析

据78条重点小流域验收资料分析,不同类型区的治理难度是黄土丘陵沟壑区>土石山区>风沙区>河源梁墹区。各类型区以基本农田为骨架,以水土保持林为主体,土石山区和风沙区水保林面积占到80％。黄土丘陵沟壑区和土石山区是以建设基本农田起步,河源梁墹区和风沙区是以发展牧业和林副产品为突破口。通过综合治理,各类型区经济都有快速增长,但到本世纪末还难以实现小康。必须把小流域治理引向商品经济大道,加快小流域治理由防护型向开发型治理的转变速度。     

长江中游城市群生态网络构建、优化与协同治理

[目的] 科学构建长江中游城市群生态网络,为跨区域生态保护和协同治理提供科学依据。[方法] 遵循"源地识别—阻力面构建—廊道提取"框架构建多时点生态网络,基于网络属性和人类活动进行网络评价。[结果] (1)研究区生态源地面积由2000年的2.67×10⁴ km²下降到2020年的2.29×10⁴ km²,主要分布在湖北省西北部山区、江西、湖南交界处的山脉及鄱阳湖流域等地区。生态廊道数量由69条下降为42条,总长度由1.53×10⁴ km下降到1.16×10⁴ km。研究区内生态阻力逐渐上升,网络重心由湖北省转移至湖南省,形态上由"三横两纵"的条带式分布转变为集中组团式分布。生态网络全局集程度、网络连通性均在减弱,总体上呈现结构收缩、功能减弱的变化趋势。网络周围5,15 km范围受人类活动影响最为明显。(2)在网络优化中,基于生态网络与交通网络交汇识别102个断裂点,基于源地间距离设置17个踏脚石。在生态网络5,15 km的范围设立"核心保护带"和"生态控制带",总长1 505 km。[结论] 在协同治理中,省级层面上湖北、江西两省应当完善流域跨省生态补偿机制,湖南、江西两省应当强化协同机制实施中的司法保障;市级层面上针对管理重点实行差别化管控,通过规划潜在生态廊道推进市域层面协同治理。优化后的生态网络集程度由0.22提升至0.30,有效提升区域间生态连通性。     

长江中游城市群农业生态效率时空演变及驱动因子研究

农业生态效率研究对真实反映农业经济发展与生态环境保护的协调关系具有重要意义。为科学评价长江中游城市群农业发展并为其策略制定提供依据,基于2000—2017年长江中游城市群各市面板数据,采用含有非期望产出的Super-SBM模型测算农业生态效率,分析其时空演变规律和空间相关性,并通过地理探测器模型对影响农业生态效率的驱动因子进行探测。结果表明:(1)2000—2017年长江中游城市群平均农业生态效率整体水平较高,呈现“降—升—降”的走势,湖南、江西省域与湖北省域差距较大,且地区农业生态效率发展不平衡,区域间差异逐年增大。(2)从空间相关性上看,长江中游城市群农业生态效率全局相关性呈现“随机—聚集”过程,且集聚现象随时间演进逐渐显著,局部空间相关性显示较弱,各相关类型随时间有不同程度的上升趋势,空间相关性逐渐向中心区域集中。(3)农业生态效率受多驱动因子共同作用,不同年份下部分驱动因子变化较大,驱动因子在不同地区对农业生态效率的影响表现出一定的地域性和差异性。长江中游城市群地区农业生态效率存在较大的提升空间,整体差异正在逐渐扩大,各地区应加强联系,采取合理措施促进“两型”农业发展。     

长江中游城市群耕地利用碳排放“总量-强度”的空间关联特征

[目的] 揭示长江中游城市群耕地利用碳排放“总量—强度”的空间关联特征,为实现高质量发展提供理论和现实指导。[方法] 采用IPCC系数法、总体耦合态势模型和双变量空间自相关法分析相关指标。[结果] ①2010—2013年长江中游城市群耕地利用碳排放总量呈显著上升趋势,年均增率为2.0%;2014—2020年则呈下降趋势,年均降幅为2.6%,且碳排放的市域间差异趋于扩大。②长江中游城市群耕地利用的碳排放强度总体处于波动下降态势,年均降幅达4.9%,但受边际递减效应影响,碳排放强度进一步改善的难度不断加大。③2010—2020年长江中游城市群耕地利用碳排放量与碳排放强度的加权中心距离从0.571 km减少到0.312 km,移动方向夹角总体也呈减小趋势,总体耦合态势不断加强。④2010—2020年长江中游城市群耕地利用碳排放总量与强度存在显著空间正相关,同时存在空间异质性。聚集态势主要表现为武汉城市圈“双高”聚集区和环长株潭城市群“双低”聚集区。[结论] 应采取差异化手段对耕地利用碳排放总量与强度进行分区调控,完善碳排放总量和强度“双控”机制。     

黄河中游典型流域近60年水沙变化趋势及影响因素

为分析黄河水沙成因并预测未来水沙情势,选取黄河中游多沙粗沙区昕水河和朱家川2条流域为研究对象,依据水文站及雨量站1956—2018年降雨和径流泥沙实测数据,采用Mann-Kendall趋势及突变检验、累积距平法和Morlet连续小波分析等方法探讨流域水沙变化趋势,并利用双累积曲线法对水沙变化进行归因分析,量化气候变化及人类活动对水沙变化的相对贡献。结果表明:1956—2018年,昕水河和朱家川小流域年均径流量分别为11.9×10⁷,1.7×10⁷ m³,年均输沙量分别为12.3×10⁶,9.8×10⁶ t,径流和输沙量均呈显著减少趋势;2条流域的径流量突变年分别为1980年和1984年,输沙量突变年分别为1980年和1972年;选取的2条流域水沙变化存在明显周期性,径流变化的第1主周期分别为45年和16年,输沙量变化的第1主周期分别为9年和15年;降雨对昕水河和朱家川小流域径流量减少的贡献率分别为19%,8%,对输沙量减少的贡献率分别为25%,35%,远不及人类活动的贡献率,人类活动是径流和输沙量锐减的主导因素。研究结果可为黄河水沙治理提供科学性建议。     

长江中上游城市群土地集约利用及与新型城镇化耦合协调时空分异特征

城市群土地集约利用与新型城镇化耦合协调发展是土地管理学研究的核心问题,探讨长江中上游城市群——长江中游和成渝城市群的耦合协调发展水平,以期为中国其他城市群的相关研究提供参考。利用全局主成分分析法、均方差权值法、熵权法进行综合确权以提高评价指标权重精度,采用耦合度模型、协调发展度模型对长江中游和成渝城市群协调发展水平进行了测算、分析与比较,进而利用空间自相关模型探究各城市群土地集约利用与城镇化协调发展水平的空间集聚特征与规律。结果表明:成渝城市群土地集约利用与新型城镇化协调发展水平与长江中游相当,成渝城市群耦合协调态势优于长江中游城市群。具体体现在（1）2004—2013年长江中上游城市群土地集约利用与新型城镇化协调发展水平呈现出持续递增的态势,2013年长江中游和成渝协调发展度相近,均在0.75以上,处于中度协调期,成都、重庆、长沙、武汉、南昌等城市为协调度高值区,德阳、黄石为协调度低值区,其他城市的协调发展水平居中。（2）长江中游协调发展度空间相关性有所降低,由随机分布向弱相异属性集聚转化,而成渝协调发展度空间相关性有所提升,由相异属性集聚向随机分布状态转化,未来有逐步优化为相似属性集聚的态势。     

黄河流域上游城市群三生空间时空演化特征及其变化稳定性分析

识别三生空间迁移演化规律并掌握其引发的空间性状改变情况,对优化国土空间布局、提高利用水平影响深远。以黄河流域上游城市群为研究对象,基于转移矩阵对研究区2000—2020年三生空间时空演化规律进行分析,并以此为基础,利用强度分析模型,从三生空间一、二级分类双重视角,就空间演化带来的变化稳定性问题进行讨论。结果表明:(1)20年间,研究区三生空间转移变化活跃但发生数量和规模均呈缩减态势,空间转移以呼包鄂榆和宁夏沿黄城市群两地为主,呈东多西少分布特征,但以生态为主、生产和生活空间为辅的整体格局未发生改变。(2)20年间,流域三生空间变化先强后弱,整体不稳定。生产和生活空间稳定活跃增加,减少趋于平缓,生态空间增加趋于平缓,但减少趋向活跃,前二者对生态空间的胁迫趋向常态。同时,流域三生空间内部彼此转移频繁,存在生产—生活及生活—生态2种稳定地系统性转变模式。(3)三生空间二级子类此消彼长的改变是生产、生活、生态空间变化的显性原因,而经济发展驱动、城市引力影响以及宏观政策指引则是引发流域三生空间演替变化的内在作用机制。(4)转移矩阵与强度分析模型的联合研究框架,有助于实现区域三生空间变化及其性状改变情况的一体化监测。提高空间利用效率,控制城市规模,坚持耕地保护,推行有效的空间退出机制,发挥宏观政策对空间流转的导引作用,将对研究区国土空间高质量利用产生积极影响。     

人类活动对黄河中游水沙影响的分析计算

河龙区间及泾河、北洛河、渭河流域是黄河流域水土流失最为严重的地区。人类活动对该地区径流泥沙影响的研究结果表明：50-60年代、70年代、80年代、90年代年均增沙量分别为2439.99万t、4469.25万t、4948.46万t和7254.84万t;年均增洪量分别为528.07万m^3、324.22万m^3、089.03万m^3和9 583.26万m^3。1970~1996年增沙量分别占同期河道洪水输沙量和水保措施减沙量的5.28%和14.1%,增洪量分别占1.06%和3.35%。     

长江中游地区土地利用变化阶段划分和特征测度

[目的]基于经济社会发展转型视角,探究长江中游地区土地利用变化的总体特征、过程特征和轨迹特征。[方法]通过分析变化幅度、变化速度和地学信息图谱等特征。[结果](1)2000—2018年,长江中游地区经济社会发展可划分为“由初级产品生产阶段II期向工业化中期转型,城镇化缓慢发展与人口严重外流期”和“由工业化中期向工业化后期转型,城镇化稳步发展与人口持续回流期”2大阶段。(2)就变化总体特征而言,以耕地面积持续减少,水域和建设用地面积持续增加,林地、草地、湿地面积明显减少,未利用地面积保持相对稳定为主。(3)就变化过程特征而言,2000—2010年以耕地和林地相互转化,耕地向建设用地和水域转化,以及水域向湿地转化为主;2010—2018年以耕地和建设用地相互转化,林地向建设用地和耕地转化,以及湿地向水域转化为主。(4)就变化轨迹特征而言,以前期变化型为主,后期变化型和反复变化型次之,持续变化型所占比例较小。[结论]长江中游地区土地利用变化阶段性特征明显,主要表现为不同经济社会转型过程中由区域内不同土地利用类型转化规模与方向所导致的土地利用数量与空间结构变化。